Power-to-Gas

Power-to-Gas bezeichnet ein Energiespeichersystem dessen zentrales Element zur Einspeicherung regenerativ erzeugte elektrische Energie zur erzeugung eines gasförmigen Energieträgers nutzt. Das erzeugte Gas kann dann sektorenübergreifend sowohl stofflich, als auch energetisch auf unterschiedlichen Nutzungspfaden zur Substitution fossiler Energieträger eingesetzt werden. Dabei kann bereits existierende Infrastruktur des Gassektors weitergenutzt werden wodurch große Speicher- und Übertragungspotenziale erschlossen werden können.

Der Überbegriff Power-to-Gas fasst eine Reihe möglicher Nutzungskonzepte zusammen. Allen gemeinsam ist, in einem ersten Schritt, die Trennung von Wasser (H2O) in seine Bestandteile  Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O2). Der Wasserstoff kann dann direkt (beispielsweise direkt in Raffinerien, in anderen Industrieprozessen oder der Wasserstoffmobilität) genutzt, oder ins Erdgasnetz eingespeist werden. Da der Wasserstoffanteil dort auf (derzeit) maximal 2 Vol.-% begrenzt ist, kann dies jedoch nicht in unbegrenztem Maße geschehen. Um die volle Kapazität der Erdgasinfrastruktur für Power-to-Gas zu erschließen, wird an die Elektrolyse eine Methanisierung angeschlossen. In diesem Verfahrensschritt findet auf chemischem oder biologischem Weg eine Methanisierungsreaktion statt, in der Kohlenstoffdioxid (CO2) mit dem Wasserstoff zu Methan (CH4) reagieren, was Hauptbestandteil des fossilen Erdgases ist. Somit kann das erzeugte, erneuerbare Gas ohne Mengenrestriktionen eingespeist werden. Auch das benötigte Kohlenstoffdioxid muss dabei aus regenerativen Quellen stammen. Möglichkeiten dafür sind beispielsweise Biogas- oder Klärgasanlagen sowie die Abtrennung aus der Luft.

Grundkonzept von Power-to-Gas

Aus dem Gassektor heraus kann das erneuerbare Gas dann Bedarfe im Wärmesektor (bspw. konventionelle Gasthermen, Heizkraftwerke), im Verkehrssektor (Erdgas-Mobilität) oder im Stromsektor nutzen. Hierzu kann es über Gas- und Blockheizkraftwerke oder Brennstoffzellen rückverstromt werden wodurch sich der Kreis zum Stromspeicher schließt.

  • Power-to-Gas: Einspeicherung
    • Elektrolyse
      • Alkalische Elektrolyse
      • Membran-Elektrolyse
      • Hochtemperaturelektrolyse
    • Methanisierung
      • Chemische Methanisierung
      • Biologische Methanisierung
  • Power-to-Gas: Speicherung
    • Gasnetz
    • Kavernenspeicher
    • Ehemalige Gas-/Erdöllagersätten
    • Oberirdische Gasspeicher
  • Power-to-Gas: Ausspeicherung
    • Brennstoffzelle
    • Gasturbine, GuD-Kraftwerk, Blockheizkraftwerk
    • Gasheizung, Gaswärmepumpe, Kältemaschinen
    • Brennstoffzellenfahrzeuge
    • Stoffliche Nutzung